Il nucleo rovente della Terra non è un solitario: è stato catturato mescolandosi con altri strati sotterranei. Questo secondo un nuovo studio che ha scoperto che la parte più interna del pianeta perde parte del suo contenuto in pennacchi di mantello, alcuni dei quali alla fine raggiungono la superficie terrestre.
Questa scoperta aiuta a risolvere un dibattito che infuria da decenni: se il nucleo e il mantello si scambiano qualsiasi materiale, i ricercatori hanno detto.
"I nostri risultati suggeriscono che parte del materiale di base si trasferisce nella base di questi pennacchi di mantello e il nucleo ha fatto trapelare questo materiale negli ultimi 2,5 miliardi di anni", hanno scritto i ricercatori in The Conversation, un sito Web in cui gli scienziati scrivono delle loro ricerche per pubblico.
La scoperta è stata resa possibile dal tungsteno metallico (W), elemento 74 nella tavola periodica. Se il tungsteno dovesse creare un profilo di appuntamenti, noterebbe che è un siderofilo o "amante del ferro". Quindi, non sorprende che un sacco di tungsteno esca nel nucleo della Terra, che è fatto principalmente di ferro e nichel.
Sul suo profilo, il tungsteno dovrebbe anche elencare che ha alcuni isotopi (un elemento con un diverso numero di neutroni nel suo nucleo), tra cui W-182 (con 108 neutroni) e W-184 (con 110 neutroni). Durante l'elaborazione del loro studio, i ricercatori hanno capito che questi isotopi potrebbero aiutarli a risolvere la domanda che perde il nucleo.
Un altro elemento, afnio (Hf), è un litofilo, il che significa che ama le rocce e può essere trovato nel manto ricco di silicati della Terra. Con un'emivita di 8,9 milioni di anni, l'isotopo radioattivo dell'afnio Hf-182 decade in W-182. Ciò significa che il mantello dovrebbe avere più W-182 rispetto al core, hanno spiegato gli scienziati.
"Pertanto, lo scambio chimico tra il nucleo e la fonte dei pennacchi del mantello potrebbe essere rilevabile nel rapporto 182W / 184W dei basalti delle isole oceaniche", che provengono dai pennacchi nel mantello, hanno scritto i ricercatori nello studio.
Ma questa differenza di tungsteno sarebbe incredibilmente piccola: la composizione di tungsteno-182 nel mantello e nel nucleo avrebbe dovuto differire solo di circa 200 parti per milione (ppm). "Meno di cinque laboratori al mondo possono eseguire questo tipo di analisi", hanno scritto i ricercatori in The Conversation.
Inoltre, non è facile studiare il nucleo, perché inizia a una profondità di circa 1.800 miglia (2.900 chilometri) sottoterra. Per metterlo in prospettiva, il buco più profondo che gli umani abbiano mai scavato è il pozzo trivellato Kola Superdeep in Russia, che ha una profondità di circa 12,3 km.
Quindi, i ricercatori hanno studiato la prossima cosa migliore: rocce che trasudavano alla superficie terrestre dal mantello profondo del Pilbara Craton nell'Australia occidentale e punti caldi dell'Isola della Riunione e dell'Arcipelago di Kerguelen nell'Oceano Indiano.
Perdita rilevata
La quantità di tungsteno in queste rocce ha rivelato una perdita dal nucleo. Nel corso della vita della Terra, i ricercatori hanno scoperto un grande cambiamento nel rapporto W-182-W-184 nel mantello terrestre. Stranamente, le rocce più antiche della Terra hanno un rapporto W-182-W-184 più elevato rispetto alla maggior parte delle rocce moderne, hanno scoperto.
"Il cambiamento nel rapporto 182W / 184W del mantello indica che il tungsteno dal nucleo è stato a lungo nel mantello per molto tempo", hanno scritto i ricercatori in The Conversation.
La Terra ha circa 4,5 miliardi di anni. Le rocce più antiche del mantello del pianeta, tuttavia, non hanno subito cambiamenti significativi negli isotopi del tungsteno. Ciò suggerisce che, da 4,3 a 2,7 miliardi di anni fa, i ricercatori hanno affermato che lo scambio di materiale dal nucleo al mantello superiore era minimo o nullo.
Ma negli ultimi 2,5 miliardi di anni, la composizione dell'isotopo di tungsteno nel mantello è cambiata sostanzialmente. Perché è successo? Se i pennacchi del mantello si innalzano dal limite del nucleo-mantello, allora forse, come una sega, il materiale dalla superficie terrestre sta scendendo nel mantello profondo, i ricercatori hanno detto. Questo materiale superficiale contiene ossigeno, un elemento che può influenzare il tungsteno, hanno detto i ricercatori.
"La subduzione, il termine usato per le rocce dalla superficie terrestre che scendono nel mantello, porta materiale ricco di ossigeno dalla superficie al mantello profondo come componente integrale della tettonica a zolle", hanno scritto i ricercatori in The Conversation. "Gli esperimenti dimostrano che l'aumento della concentrazione di ossigeno al confine tra nucleo e mantello potrebbe causare la separazione del tungsteno dal nucleo e nel mantello."
O, forse quando il nucleo interno si è solidificato dopo la formazione della Terra, la concentrazione di ossigeno nel nucleo esterno è aumentata, hanno detto i ricercatori. "In questo caso, i nostri nuovi risultati potrebbero dirci qualcosa sull'evoluzione del nucleo, inclusa l'origine del campo magnetico terrestre", hanno scritto in The Conversation.
